JVM内存结构

未来的Java技术

模块化:OSGI（动态化、模块化），应用层面就是微服务，互联网的发展方向

混合语言：多个语言都可以运行在JVM中，google的Kotlin 成为了 Android 的官方语言。Scala(Kafka)

多核并行：CPU从高频次转变为多核心，多核时代。JDK1.7引入了Fork/Join，JDK1.8提出lambda表达式(函数式编程天生适合并行运行)

丰富语法：JDK5提出自动装箱、泛型(并发编程讲到)、动态注解等语法。JDK7二进制原生支持。try-catch-finally 至try-with-resource

64位：虽然同样的程序64位内存消耗比32位要多一点，但是支持内存大，所以虚拟机都会完全过渡到64位，32位的JVM有4G的堆大小限制。

更强的垃圾回收器（现在主流CMS、G1）：JDK11 –ZGC（暂停时间不超过10毫秒，且不会随着堆的增加而增加，TB级别的堆回收））：有色指针、加载屏障。JDK12支持并发类卸载，进一步缩短暂停时间  JDK13(计划于2019年9月)将最大堆大小从4TB增加到16TB

Java SE体系架构

JavaSE，Java平台标准版，为Java EE和Java ME提供了基础。

JDK：Java开发工具包，JDK是JRE的超集，包含JRE中的所有内容，以及开发程序所需的编译器和调试程序等工具。

JRE：Java SE运行时环境 ，提供库、Java虚拟机和其他组件来运行用Java编程语言编写的程序。主要类库，包括：程序部署发布、用户界面工具类、继承库、其他基础库，语言和工具基础库

JVM：java虚拟机，负责JavaSE平台的硬件和操作系统无关性、编译执行代码（字节码）和平台安全性

运行时数据区域

这个是抽象概念，内部实现依赖寄存器、高速缓存、主内存（具体要分析JVM源码 C++语言实现，没必要看）

计算机的运行=指令+数据，指令用于执行方法的，数据用于存放数据和对象的。

虚拟机栈----执行java方法、本地方法栈---执行本地方法、程序计数器---程序执行的计数器

Java中的数据：变量、常量、对象、数组相关。

线程私有

程序计数器

较小的内存空间，当前线程执行的字节码的行号指示器；各线程之间独立存储，互不影响（面试可能问到为什么需要）

如果线程正在执行的是一个Java方法，则指明当前线程执行的代字节码行数

如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）

此内存区域是唯一一个不会出现OutOfMemoryError情况的区域。

虚拟机栈（JVM后续的执行子程序有详细的见解）

iload_1	第二个int型局部变量进栈
bipush	将一个byte型常量值推送至栈顶
isub	栈顶两int型数值相减，并且结果进栈
istore_1	将栈顶int型数值存入第二个局部变量

栈：

数据结构的特点和java中方法中调用方法的特性一致。（为什么JVM使用栈 –演示代码StackFilo）

虚拟机栈：

异常：

线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度：StackOverflowError

JVM动态扩展时无法申请到足够的内存时：OutOfMemoryError

虚拟机栈：

每个线程私有的，线程在运行时，在执行每个方法的时候都会打包成一个栈帧，存储了局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息，然后放入栈。每个时刻正在执行的当前方法就是虚拟机栈顶的栈桢。方法的执行就对应着栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

栈的大小缺省为1M，可用参数 –Xss调整大小，例如-Xss256k

在编译程序代码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入到方法表的Code属性之中，因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

局部变量表:顾名思义就是局部变量的表，用于存放我们的局部变量的。首先它是一个32位的长度，主要存放我们的Java的八大基础数据类型，一般32位就可以存放下，如果是64位的就使用高低位占用两个也可以存放下，如果是局部的一些对象，比如我们的Object对象，我们只需要存放它的一个引用地址即可。（基本数据类型、对象引用、returnAddress类型）

操作数据栈：存放我们方法执行的操作数的，它就是一个栈，先进后出的栈结构，操作数栈，就是用来操作的，操作的的元素可以是任意的java数据类型，所以我们知道一个方法刚刚开始的时候，这个方法的操作数栈就是空的，操作数栈运行方法是会一直运行入栈/出栈的操作

动态连接:Java语言特性多态（需要类加载、运行时才能确定具体的方法，后续有详细的讲解）

返回地址:

正常返回（调用程序计数器中的地址作为返回）

三步曲：

恢复上层方法的局部变量表和操作数栈、

把返回值（如果有的话）压入调用者栈帧的操作数栈中、

调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令、

异常的话（通过异常处理器表<非栈帧中的>来确定）

本地方法栈

各虚拟机自由实现，本地方法栈native方法调用 JNI到了底层的C/C++(c/c++可以触发汇编语言，然后驱动硬件)

线程共享的区域

类信息：

类的完整有效名、返回值类型、修饰符（public，private...）、变量名、方法名、方法代码、这个类型直接父类的完整有效名(除非这个类型是interface或是 java.lang.Object，两种情况下都没有父类)、类的直接接口的一个有序列表

方法区/永久代

用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量("zdy","123"等)，静态变量(static变量)等数据，可用以下参数调整：

jdk1.7及以前：-XX:PermSize；-XX:MaxPermSize；

jdk1.8以后：-XX:MetaspaceSize； -XX:MaxMetaspaceSize

jdk1.8以后大小就只受本机总内存的限制

如：-XX:MaxMetaspaceSize=3M

堆

几乎所有对象都分配在这里，也是垃圾回收发生的主要区域，可用以下参数调整：

-Xms：堆的最小值；

-Xmx：堆的最大值；

-Xmn：新生代的大小；

-XX:NewSize；新生代最小值；

-XX:MaxNewSize：新生代最大值；

例如- Xmx256m

运行时常量池

符号引用（一个概念）

一个java类（假设为People类）被编译成一个class文件时，如果People类引用了Tool类，但是在编译时People类并不知道引用类的实际内存地址，因此只能使用符号引用来代替。

而在类装载器装载People类时，此时可以通过虚拟机获取Tool类的实际内存地址，因此便可以既将符号org.simple.Tool替换为Tool类的实际内存地址，及直接引用地址。

即在编译时用符号引用来代替引用类，在加载时再通过虚拟机获取该引用类的实际地址.

以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局是无关的，引用的目标不一定已经加载到内存中。

字面量

文本字符串 String a = "abc",这个abc就是字面量

八种基本类型int a = 1; 这个1就是字面量

声明为final的常量

常量池的变化

各版本之间的变化

见课件

直接内存

使用Native函数库直接分配堆外内存(NIO)

并不是JVM运行时数据区域的一部分，但是会被频繁使用(可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样,也会出现OOM异常)

避免了在Java 堆和Native 堆中来回复制数据，能够提高效率

测试用例JavaStack：设置JVM参数-Xmx100m，运行异常，因为如果没设置-XX:MaxDirectMemorySize，则默认与-Xmx参数值相同，分配128M直接内存超出限制范围

站在线程角度来看

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器三个区域的生命周期和线程相同。

线程共享区域：就复杂多了，后续完善

深入辨析堆和栈

n 功能

• 以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中基本数据类型的变量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char等）以及对象的引用变量，其内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放；
• 而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中；

n 线程独享还是共享

• 栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有内存。
• 堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。

n 空间大小

栈的内存要远远小于堆内存

栈溢出

参数：-Xss256k

java.lang.StackOverflowError  一般的方法调用是很难出现的，如果出现了要考虑是否有无限递归。

虚拟机栈带给我们的启示：方法的执行因为要打包成栈桢，所以天生要比实现同样功能的循环慢，所以树的遍历算法中：递归和非递归(循环来实现)都有存在的意义。递归代码简洁，非递归代码复杂但是速度较快。

OutOfMemoryError：不断建立线程。（一般演示不出，演示出来机器也死了)

原文地址：https://www.cnblogs.com/Soy-technology/p/11020636.html